一種水平井雙側(cè)向測(cè)井的圍巖校正方法

秦臻，后敏，汪忠浩，向顯鵬

1.長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院(湖北荊州434023)

2.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院(湖北武漢430100)

一種水平井雙側(cè)向測(cè)井的圍巖校正方法

秦臻1，后敏1，汪忠浩2，向顯鵬2

1.長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院(湖北荊州434023)

2.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院(湖北武漢430100)

水平井測(cè)井靠近界面時(shí)，會(huì)受到圍巖的影響，且離界面距離不同，測(cè)井響應(yīng)受圍巖影響也不同。建立水平井鉆遇地層模型，分析認(rèn)為界面附近自然伽馬值可較好反映離界面的距離，可利用自然伽馬計(jì)算離層界面的距離;分析了離界面距離不同時(shí)水平井雙側(cè)向測(cè)井響應(yīng)特征，越靠近界面，雙側(cè)向測(cè)井受圍巖影響越嚴(yán)重，建立了水平井雙側(cè)向測(cè)井圍巖校正方法。方法應(yīng)用于蘇里格氣田蘇XH水平井，雙側(cè)向圍巖校正后，計(jì)算平均含氣飽和度提高了2.8%，精度提高了5.21%，為水平井雙側(cè)向測(cè)井提供了一種簡(jiǎn)單有效的圍巖校正方法。

圍巖校正;水平井;雙側(cè)向測(cè)井;蘇里格氣田

近年來由于水平井在開采等方面的優(yōu)勢(shì)，使得水平井技術(shù)在蘇里格氣田應(yīng)用廣泛。與直井相比，圍巖、侵入等環(huán)境因素使得水平井測(cè)井響應(yīng)受到嚴(yán)重影響［1］。目前水平井雙側(cè)測(cè)井圍巖校正方法，多停留在正演模擬階段，或是無(wú)法確定離層界面距離這一重要參數(shù)［2］，導(dǎo)致水平井雙側(cè)向圍巖校正方法應(yīng)用時(shí)困難較多。水平井測(cè)井儀器靠近界面距離不同，會(huì)導(dǎo)致水平井測(cè)井響應(yīng)受圍巖影響不同，因此水平井雙側(cè)向測(cè)井圍巖校正，首先需要確定水平井井眼軌跡離層界面的距離。在利用自然伽馬計(jì)算離層界面距離的基礎(chǔ)之上，研究了水平井雙側(cè)測(cè)井的響應(yīng)特征和圍巖校正方法。

1 水平井測(cè)井儀器離層界面距離

水平井中測(cè)井儀器靠近界面時(shí)會(huì)受到圍巖影響，距離不同時(shí)，水平井測(cè)井響應(yīng)受圍巖的影響不同。因此水平井雙側(cè)圍巖校正首先需要確定井眼軌跡距離層界面的距離。

1.1 自然伽馬測(cè)井響應(yīng)模型

建立伽馬測(cè)井響應(yīng)地層積分模型，假設(shè)地層為橫向各項(xiàng)同性的砂巖、泥巖層狀水平分布(圖1)。對(duì)于水平井假設(shè)地層的密度為ρ，每克巖石中含q g放射性物質(zhì)，每克放射性物質(zhì)平均每秒發(fā)射a個(gè)伽馬光子，地層對(duì)伽馬射線的吸收系數(shù)為μ。則地層體積元在探測(cè)器O點(diǎn)造成的伽馬射線強(qiáng)度為式(1)，探測(cè)范圍的球體積分即可得到儀器的伽馬測(cè)井值。

圖1 橫向各項(xiàng)同性砂巖、泥巖層狀地層伽馬探測(cè)示意圖

1.2 離層界面距離確定方法

建立水平井穿過地層界面模型(圖2)，井軌跡由泥巖層進(jìn)入到砂巖層，測(cè)井儀器位于井眼軌跡中，探測(cè)半徑為0.5m，忽略井徑影響，設(shè)儀器離層界面距離為ΔH，處于界面下方時(shí)ΔH為負(fù)值，處于界面上方時(shí)ΔH為正值，泥巖層自然伽馬GR為105API，電阻率R為1Ω·m，砂巖層自然伽馬GR為50API，電阻率值R為10Ω·m，測(cè)井時(shí)由模型右下角勻速往左上角移動(dòng)測(cè)量。利用式(1)積分，得到自然伽馬響應(yīng)與離層界面距離關(guān)系(圖3)。測(cè)量過程中，先探測(cè)到砂巖伽馬值50API，探測(cè)到泥巖時(shí)，伽馬值開始上升，處于界面點(diǎn)時(shí)伽馬響應(yīng)正好是砂巖和泥巖地層的平均伽馬值77.5API，這也可作為伽馬測(cè)井識(shí)別層界面的方法［3］;此后伽馬值逐漸上升直至完全顯示泥巖層伽馬值105API。因此井眼軌跡到地層界面距離可用下式計(jì)算［4］，擬合公式(2)的相關(guān)系數(shù)為0.95。

圖2 水平井穿過地層界面模型

圖3 自然伽馬響應(yīng)與離層界面距離關(guān)系圖

2 水平井雙側(cè)向圍巖影響分析及校正

2.1水平井雙側(cè)向圍巖影響分析

根據(jù)水平井穿過地層界面模型(圖2)，且深側(cè)向探測(cè)深度1.5m，淺側(cè)向探測(cè)深度1.0m，計(jì)算雙側(cè)測(cè)井響應(yīng)，即需求出一個(gè)連續(xù)而光滑的電位函數(shù)U，使之滿足式(3):

利用三維有限元方法來計(jì)算，可將問題歸結(jié)為求泛函(4)的極值問題［5］:

求和對(duì)所有電極進(jìn)行，Ω為求解區(qū)，將求解區(qū)分割成133 560個(gè)4面體元素，施加特定的邊界條件，并采用改進(jìn)的前線解法［6］，計(jì)算得到雙側(cè)向測(cè)井響應(yīng)與界面距離ΔH關(guān)系(圖4)，可發(fā)現(xiàn)無(wú)論雙側(cè)向儀器處于砂巖層，還是泥巖層。當(dāng)離層界面距離小于雙側(cè)向探測(cè)深度時(shí)，雙側(cè)向測(cè)井均會(huì)受到圍巖影響，且離界面距離越小，圍巖影響越嚴(yán)重;離界面距離相同，深側(cè)向因探測(cè)深度更大，受影響比淺側(cè)向更為嚴(yán)重，因此必須進(jìn)行校正。

圖4 雙側(cè)向測(cè)井響應(yīng)與界面距離關(guān)系

2.2 水平井雙側(cè)向圍巖校正

利用雙側(cè)向測(cè)井響應(yīng)與相距界面距離關(guān)系(圖4)，結(jié)合地層真電阻率R t與測(cè)井值R a之間比值關(guān)系，得到R t/R a與離界面距離關(guān)系(圖5)，即砂巖層深、淺側(cè)向校正公式(5)、(6):

圖5 Rt/Ra與相距界面距離關(guān)系

擬合公式的相關(guān)系數(shù)均大于0.98，其中ΔH即測(cè)量點(diǎn)離界面的距離，可用式(2)計(jì)算。需要說明，因侵入等影響，且目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)較好的水平井侵入校正方法，所以淺側(cè)向往往不適合用上述方法校正來獲取地層真電阻率，而主要選用深側(cè)向。

圖6 蘇56-56H水平井圍巖校正、綜合解釋圖

3 校正方法應(yīng)用實(shí)例

蘇XH水平井和鄰井蘇東X井位于蘇里格氣田，鄰井蘇東X井3 008.5～3 011.9m儲(chǔ)層段，真厚度約3.4m，深側(cè)向電阻率為35Ω·m，結(jié)合試氣結(jié)果計(jì)算得到準(zhǔn)確含氣飽和度為53.7%。該層對(duì)應(yīng)蘇XH水平井3 520～3 525m層段(圖6)，該層原始深側(cè)向電阻率為20Ω·m，計(jì)算平均含氣飽和度為50%，相對(duì)誤差為6.89%。該區(qū)所用深側(cè)向探測(cè)深度約1.5m，分析認(rèn)為深側(cè)向在靠近下界面時(shí)受到圍巖的影響，導(dǎo)致深電阻偏小。利用該方法進(jìn)行校正，先利用式(2)計(jì)算得到離界面距離，然后利用式(5)進(jìn)行校正，校正后深電阻率為32Ω·m(圖6)。運(yùn)用工區(qū)飽和度模型重新計(jì)算的平均含氣飽和度為52.8%，相對(duì)誤差為1.68%，對(duì)比鄰井蘇東X同一儲(chǔ)層段3 008.5～3 011.9m解釋和試氣結(jié)果，環(huán)境校正后水平井解釋的平均含氣飽和度提高了2.8%，精度提高了5.21%，表面該方法效果較好。需要注意的是，該方法是針對(duì)特定的儀器得到的，因此具體使用需要結(jié)合工區(qū)實(shí)際地質(zhì)條件及測(cè)井系列，研究相應(yīng)的離界面距離計(jì)算方法和校正方法。

4 結(jié)論

1)水平井雙側(cè)向測(cè)井靠近界面距離不同，測(cè)井響應(yīng)受圍巖影響不同，圍巖校正首先需要確定離層界面的距離，通常可利用自然伽馬測(cè)井值來計(jì)算離層界面的距離。

2)水平井雙側(cè)測(cè)井離層界面距離小于其探測(cè)深度時(shí)，會(huì)受到圍巖影響，且離界面距離越小，圍巖影響越嚴(yán)重;相同距離，深側(cè)向受影響比淺側(cè)向更為嚴(yán)重。但因侵入等影響，往往不選用淺側(cè)向，而選用深側(cè)向進(jìn)行圍巖校正來獲取地層真電阻率。

3)建立了一種水平井雙側(cè)測(cè)井圍巖校正方法，應(yīng)用于蘇里格氣田蘇XH水平井，圍巖校正后，水平井計(jì)算平均含氣飽和度提高了2.8%，精度提高了5.21%，為水平井雙側(cè)向測(cè)井提供了一種簡(jiǎn)單有效的圍巖校正方法。

［1］周燦燦，王昌學(xué).水平井測(cè)井解釋技術(shù)綜述［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2006，21(1):152-160.

［2］鄧少貴，李竹強(qiáng)，李智強(qiáng).水平井雙側(cè)向測(cè)井響應(yīng)及層厚/圍巖影響快速校正［J］.石油勘探與開發(fā)，2009，36(6):725-729.

［3］CLAVIER C.The challenge of logging horizontalwell［J］.The Log Analyst，1991，32(2):63-84.

［4］汪中浩，易覺非，趙乾富，等.水平井測(cè)井資料地質(zhì)解釋應(yīng)用［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，26(3):70-72.

［5］GIANZERO SC.Induction，resistivity，and MWD tools in horizontalwells［J］.The Log Analyst，1990，31(3):158-171.

［6］張庚驥.電法測(cè)井［M］.東營(yíng):石油大學(xué)出版社，1996.

Horizontalwell laterolog will be influenced by wall rock near interface，and the influence ofwall rock on logging response is differentwith different distance from the interface.By establishing the horizontalwell formationmodel，it is held that near interface，natural gamma ray value can well reflect the distance，and therefore the distance can be calculated according to the natural gamma ray value.The analysis of the dual laterolog response features of horizontal wells in different distances shows that，the less the distance，the greater the effect ofwall rock on dual laterolog response.The correction method for the effect of wall rock on dual laterolog response is established.The application of themethod in Su XH horizontal well shows that，themean gas saturation calculated according to corrected dual laterolog response increases by 2.8%，and the calculation accuracy is improved by 5.21%.This is an effective correctionmethod for the effectofwall rock on dual laterolog response.

correction of wall rock;horizontalwell;dual laterolog;Sulige Gasfield

尉立崗

2014-07-26

攝影/徐志武

“十二五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)(編號(hào):2011ZX-002-003)

秦臻(1985-)，男，現(xiàn)主要從事地球物理測(cè)井的教學(xué)和研究工作。